胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块制作方法
【专利摘要】本发明提供一种胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块的制作方法，属于无损检测领域。本发明采用3D打印技术制作胶层垫片，实现在复合材料多层胶接结构的胶层模拟真实的空气孔洞缺陷，解决现有技术无法定量设计胶层中空气孔洞缺陷的大小、形状及厚度等技术问题。本发明具有模拟真实可靠、量化精度高、可拓展性好等优点。
【专利说明】
胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块制作方法
技术领域
[0001]本发明属于无损检测领域，涉及一种缺陷试块的制作方法，特别是涉及一种胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块的制作方法。
【背景技术】
[0002]无损检测技术是利用物质的某些物理性质因存在缺陷或组织结构上的差异而发生变化的现象，在不破坏检测对象使用性能、外部形状及内部结构的前提下，应用物理方法测量这些变化，从而达到认识和评价检测对象的性质、状态、质量或内部结构等目的的技术，它是一种特殊的检测技术。目前，无损检测技术已经在机械装备制造、冶金、石油化工、兵器、船舶、航空与航天、核能、电力、建筑、交通、电子电器、医药、轻工乃至食品工业等行业，以及地质勘探、安全检查、材料科学研究等领域都获得了广泛的应用，成为极其重要的检测与测试手段。不仅如此，无损检测技术正从单纯的检验测试技术发展为无损评价(Non-Destructive Evaluat 1n，简称NDE)技术，它不仅包含了无损检测与测试，还涉及材料物理性质的研究、产品设计与制造工艺、产品与设备使用中的应力分析及安全使用寿命评估，它与以断裂力学理论为基础的损伤容限设计概念发生了紧密的联系，在材料科学中起着重要的作用。
[0003]复合材料与传统材料相比，具有强度高、质量轻、模量高、抗疲劳性能好及减振性能好等诸多优点。21世纪以来，复合材料已广泛应用于航空航天、汽车工业、化工纺织及机械制造等领域。用于航空航天和兵器等领域的复合材料多层胶接结构，在将复合材料作为构件相互粘接时，其胶接面粘接质量是决定该结构性能优劣的主要因素，而胶接层的空气孔洞是离线检测中最为常见的缺陷之一，使用者迫切希望通过无损检测方法探测复合材料多层胶接结构中胶层的空气缺陷。而对空气孔洞缺陷的检测和评价，离不开对空气孔洞缺陷检测信息的准确认识，所以，胶层含空气孔洞的复合材料多层胶接结构缺陷试块的制作具有重要的实际工程意义。
[0004]现阶段模拟复合材料胶接结构中胶层空气孔洞缺陷的方法主要是采用特氟龙(聚四氟乙烯)材料模拟空气孔洞缺陷。特氟龙材料在超声检测条件下的响应与空气类似，故对于超声检测有一定的适应性。但是，标准缺陷试块中用特氟龙模拟胶层空气孔洞缺陷有如下不足:一是特氟龙材料成分毕竟与实际空气不同，使得模拟倾向于夹杂缺陷，故即使在超声检测中仍会导致检测误差，造成误判;二是复合材料胶接结构的胶层厚度往往须要严格的控制，而胶层缺陷的尺寸必然受到胶层厚度的制约，特氟龙材料模拟缺陷的尺寸定量化比较困难;三是是特氟龙材料只适用于超声检测，对于超声检测以外的检测方式，这种模拟方法失去适用性，而随着材料科学的发展，不适用于超声检测的新型复合材料越来越多，更加重了其局限性。因此，能控制胶层空气孔洞缺陷大小、形状及厚度的一种复合材料多层胶接结构缺陷试块的制作方法具有重要的实际应用价值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块制作方法，用于实现在复合材料多层胶接结构的胶层模拟真实的空气孔洞缺陷，解决现有技术无法定量设计胶层中空气孔洞缺陷的大小、形状及厚度等技术问题。
[0006]本发明提出的胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块的制作方法，包括以下几个步骤:
[0007](I)根据检测需求，确定空气孔洞缺陷的数量、形状、尺寸和位置;据此设计制作垫片以及与垫片孔洞配套的隔离帽；
[0008](2)将垫片放置在下层复合材料上的设计位置，形成要模拟的孔洞，用隔离帽盖住垫片及其构成的孔洞，在隔离帽外部的下层复合材料上均匀涂抹指定胶粘剂，涂胶完成后取下隔离帽。
[0009](3)将上层复合材料以粘接方式覆盖到下层复合材料上，待粘接剂固化，完成缺陷试块制作。
[0010]进一步的，所述垫片和隔离帽是采用3D打印技术制成。可以实现复杂形状结构孔洞的设计制作。
[0011]进一步的，步骤(I)所述基本结构包括缺陷试块的材料、形状等。
[0012]进一步的，步骤(2)所述空气孔洞缺陷的厚度等同于胶层的厚度。
[0013]进一步的，步骤(3)所述隔离帽形状尺寸与垫片相匹配，其作用是在涂胶过程中防止胶粘剂进入人工空气孔洞。
[0014]进一步的，步骤(4)所述上下层复合材料可以是不同材料。
[0015]本发明中，垫片内径区域即为实际空气层脱粘缺陷，从而实现复合材料胶接结构胶层空气孔洞缺陷试块的制作。
[0016]本发明具有以下优点:
[0017](I)此方法使用的3D打印技术精度可达微米量级，远小于实际试块中空气孔洞缺陷缺陷的尺寸，有利于无损检测的精确量化。
[0018](2)此方法制作的缺陷与真实试块空气孔洞缺陷完全一致，有利于检测人员清晰的识别实际空气孔洞缺陷的检测信号。
[0019](3)此方法可控制胶层空气孔洞缺陷的尺寸、形状，加强了模拟缺陷的可控性和拓展性。
[0020](4)此方法可以精确控制3D打印垫片的厚度，既可以控制空气孔洞缺陷的厚度，也可以满足胶层厚度的试块要求；
【附图说明】
[0021 ]图1为试块的缺陷设计示意图；
[0022]图2为环形垫片三视图；
[0023]图3为圆形隔离帽三视图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]本实施例以圆柱形孔洞缺陷为例。根据检测需求，设计复合材料胶接结构试块的结构(包括试块的层数、试块的形状)后，按以下步骤进行:
[0026]1.空气孔洞缺陷的设计
[0027]依据复合材料的性质和尺寸以及无损检测的目的，绘制如图1所示的试块缺陷设计图，设计应包括垫片的形状和尺寸(以环形垫片为例)以及垫片在复合材料衬底上的分布。本实施例中使用复合材料尺寸为100mm X 100mm，4个环形垫片外径均为30mm，内径分别为6mm、9mm、12mm、15mm，且垫片圆心分别处于复合材料4个角落距边沿25mm处。
[0028]2.环形垫片及隔离帽的制作
[0029]按照图2和图3所示，利用三维绘图软件(例如SolidWorks等)绘制所设计的环形垫片及与其相匹配的隔离帽并存为*.stl文件;而后将*.stl文件导入3D打印机，采用光敏树脂打印环形垫片和隔离帽；打印完成后，使用高压水枪清理3D打印的支撑材料，保证垫片和隔离帽的精度;最后使重物给垫片施压，保证其平整性。
[0030]3.缺陷定位
[0031]制好垫片和隔离帽后，为使缺陷定位准确，在衬底材料上用铅笔画出标线，将环形垫片放置在所设计的位置(必要时可以使用适当的固定措施)，然后用隔离帽将垫片盖住，防止涂胶过程中胶粘剂侵入空气孔洞。
[0032]4.胶粘剂的涂装
[0033]在衬底隔离帽外的区域均匀涂胶;涂胶完成后立即取下隔离帽，获得空气孔洞缺陷。
[0034]5.复合材料的粘接
[0035]在复合材料衬底上以粘接方式覆盖上层复合材料，并在其上放置重物，确保胶层厚度符合缺陷试块的设计，即胶层厚度就是垫片的厚度，不会因固化过程中胶的膨胀而影响胶层厚度。在J-336瓦用高温胶粘剂的固化条件(室温固化24h，60 °C固化4h，120 °C固化2h)下完成固化，取下重物，即完成胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块的制作。
[0036]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.胶层含空气孔洞的复合材料胶接结构缺陷试块制作方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)根据检测需求，确定空气孔洞缺陷的数量、形状、尺寸和位置;据此设计制作垫片以及与垫片孔洞配套的隔离帽； (2)将垫片放置在下层复合材料上的设计位置，形成要模拟的孔洞，用隔离帽盖住垫片及其构成的孔洞，在隔离帽外部的下层复合材料上均匀涂抹指定胶粘剂，涂胶完成后取下隔离帽； (3)将上层复合材料以粘接方式覆盖到下层复合材料上，待胶粘剂固化，完成缺陷试块制作。2.根据权利要求1所述的制作方法，所述垫片和隔离帽是采用3D打印技术制成。3.根据权利要求1或2所述的制作方法，所述空气孔洞缺陷尺寸的厚度等同于胶层的厚度。4.根据权利要求1-3所述的制作方法，所述上下层复合材料可以是不同材料。
【文档编号】G01N29/30GK106093211SQ201610388266
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月2日 公开号201610388266.7, CN 106093211 A, CN 106093211A, CN 201610388266, CN-A-106093211, CN106093211 A, CN106093211A, CN201610388266, CN201610388266.7
【发明人】杨振刚, 王可嘉, 刘劲松, 王天一, 周宇, 李文军, 游承武
【申请人】华中科技大学